التحديث الزلزالي

شهد استخدام الشد المسبق الخارجي للأنظمة الإنشائية الجديدة تطورًا ملحوظًا خلال العقد الماضي. ففي إطار برنامج PRESS (أنظمة الهياكل الزلزالية مسبقة الصب) ^{[ 11 ]} ، وهو برنامج بحثي مشترك واسع النطاق بين الولايات المتحدة واليابان، استُخدمت أوتار فولاذية عالية المقاومة غير ملتصقة للشد المسبق، وذلك لتحقيق نظام مقاوم للعزوم يتمتع بخاصية التمركز الذاتي. وقد تم اختبار تطبيق الفكرة نفسها تجريبيًا لترميم الجسور في كاليفورنيا ضمن مشروع بحثي تابع لوزارة النقل في كاليفورنيا (Caltrans) ^{[ 12 ]} ، وكذلك لترميم إطارات الخرسانة المسلحة غير المطيلية ^{[ 13 ]} . ويمكن للشد المسبق أن يزيد من قدرة العناصر الإنشائية، مثل الكمرات والأعمدة ووصلات الكمرات والأعمدة. ويُستخدم الشد المسبق الخارجي في تحسين الهياكل لتحمل أحمال الجاذبية/الأحمال الحية منذ سبعينيات القرن الماضي ^{[ 14 ] .}

عزل القاعدة هو مجموعة من العناصر الإنشائية للمبنى تهدف إلى فصل هيكل المبنى بشكل كبير عن الأرض المهتزة، وبالتالي حماية سلامة المبنى وتعزيز أدائه الزلزالي . يمكن تطبيق هذه التقنية الهندسية الزلزالية ، التي تُعد نوعًا من التحكم في الاهتزازات الزلزالية، على كلٍ من المباني المصممة حديثًا والمباني القائمة التي تحتاج إلى تحسين مقاومتها للزلازل. ^{[ 15 ] [ 16 ]} عادةً، تُجرى أعمال حفر حول المبنى، ويُفصل المبنى عن أساساته. تُستبدل وصلات الأساسات بعوارض فولاذية أو خرسانية مسلحة، بينما تُستبدل المواد المُزالة أسفلها بألواح عازلة، أو عوازل القاعدة. في حين أن عزل القاعدة يحد من انتقال حركة الأرض إلى المبنى، فإنه يحافظ أيضًا على وضع المبنى بشكل صحيح فوق الأساس. يتطلب الأمر عناية فائقة بالتفاصيل عند نقاط اتصال المبنى بالأرض، وخاصة عند المداخل والسلالم والمنحدرات، لضمان حركة نسبية كافية لتلك العناصر الإنشائية.

تمتص المخمدات الإضافية طاقة الحركة وتحولها إلى حرارة، مما يُخفف من تأثيرات الرنين في الهياكل المثبتة بإحكام على الأرض. إضافةً إلى زيادة قدرة الهيكل على تبديد الطاقة، يُمكن للتخميد الإضافي تقليل الإزاحة والتسارع المطلوبين داخل الهياكل. ^{[ 17 ]} في بعض الحالات، لا ينشأ خطر التلف من الصدمة الأولية نفسها، بل من حركة الرنين الدورية للهيكل الناتجة عن حركة الأرض المتكررة. عمليًا، تعمل المخمدات الإضافية بشكل مشابه لممتصات الصدمات المستخدمة في أنظمة تعليق السيارات .

تستخدم مخمدات الكتلة المضبوطة (TMD) أوزاناً متحركة على نوع من النوابض. وتُستخدم هذه المخمدات عادةً للحد من تمايل المباني الشاهقة والخفيفة بفعل الرياح. ويمكن استخدام تصاميم مماثلة لإضفاء مقاومة للزلازل على المباني المكونة من ثمانية إلى عشرة طوابق المعرضة للرنين المدمر الناتج عن الزلازل. ^{[ 18 ]}

خزان التموج هو وعاء كبير يحتوي على سائل منخفض اللزوجة (عادةً الماء) يُوضع في مواقع داخل المبنى حيث تكون حركات التمايل الجانبي كبيرة، كالسقف مثلاً، ويُضبط لمقاومة الحركة الديناميكية الرنانة المحلية. أثناء حدوث زلزال (أو رياح)، يتمايل السائل داخل الخزان ذهابًا وإيابًا، وعادةً ما تُوجّه حركة السائل وتُتحكّم بها حواجز داخلية - فواصل تمنع الخزان نفسه من الرنين مع المبنى، انظر ديناميكيات التموج . تنخفض الاستجابة الديناميكية الكلية للمبنى نتيجةً لحركة الكتلة المعاكسة، بالإضافة إلى تبديد الطاقة أو تخميد الاهتزاز الذي يحدث عندما تتحول الطاقة الحركية للسائل إلى حرارة بواسطة الحواجز. عمومًا، يكون ارتفاع درجة الحرارة في النظام ضئيلاً، ويتم تبريده بشكل سلبي بواسطة الهواء المحيط. يُعدّ مبنى " ون رينكون هيل" في سان فرانسيسكو ناطحة سحاب مزودة بخزان تموج على سطحها، صُمّم أساسًا لتقليل مقدار حركة التمايل الجانبي الناتجة عن الرياح. خزان التذبذب هو مخمد كتلة مضبوط سلبي . ولكي يكون فعالاً، عادةً ما تكون كتلة السائل فيه ما بين 1% إلى 5% من الكتلة التي يُعاكسها، وهذا يتطلب غالبًا كمية كبيرة من السائل. في بعض الحالات، تُصمم هذه الأنظمة لتكون بمثابة خزانات مياه طوارئ لإخماد الحرائق.

قد تتأرجح المباني الشاهقة جدًا (" ناطحات السحاب ")، عند بنائها باستخدام مواد خفيفة الوزن حديثة، بشكل غير مريح (ولكن ليس خطيرًا) في ظروف رياح معينة. يتمثل أحد حلول هذه المشكلة في تضمين كتلة كبيرة في أحد الطوابق العليا، مقيدة الحركة ولكن حرة الحركة ضمن نطاق محدود، وتتحرك على نوع من أنظمة التحميل مثل الوسادة الهوائية أو الغشاء الهيدروليكي. يتم تشغيل المكابس الهيدروليكية ، التي تعمل بمضخات كهربائية ومراكم، بشكل فعال لمقاومة قوى الرياح والرنين الطبيعي. قد تكون هذه المكابس فعالة أيضًا، إذا صُممت بشكل صحيح، في التحكم في الحركة المفرطة - سواء مع أو بدون طاقة خارجية - أثناء الزلزال. بشكل عام، لا تتعرض المباني الشاهقة الحديثة ذات الهياكل الفولاذية لحركة خطيرة مثل المباني متوسطة الارتفاع (من ثمانية إلى عشرة طوابق )، لأن فترة الرنين لمبنى شاهق وضخم أطول من الصدمات التي تحدثها الزلازل والتي تستغرق حوالي ثانية واحدة.

يُعدّ تعزيز الهيكل القائم لمقاومة القوى الزلزالية الشكل الأكثر شيوعًا لترميم المباني المنخفضة ضد الزلازل. وقد يقتصر هذا التعزيز على الوصلات بين عناصر المبنى القائمة، أو قد يشمل إضافة عناصر مقاومة أساسية كالجدران أو الهياكل، لا سيما في الطوابق السفلية. وتشمل إجراءات الترميم الشائعة للمباني المبنية من الطوب غير المسلح في غرب الولايات المتحدة إضافة هياكل فولاذية، وجدران خرسانية مسلحة، وفي بعض الحالات، إضافة عزل قاعدي.

مسامير مقاومة للزلازل

قبل زلزال تشارلستون عام 1886، كانت المباني في مدينة تشارلستون بولاية كارولينا الجنوبية تستخدم قضبان الربط وألواح التثبيت للتقوية الهيكلية ضد الانحناء الجانبي للعواصف والأعاصير . ^{[ 19 ]}

بعد الزلزال، قام مالكو المباني بتدعيم المباني المتضررة جزئيًا باستخدام قضبان ربط عبر الجدران لزيادة استقرارها الجانبي. رُبطت القضبان من الجدران المقابلة بمشابك شد من الداخل، وثُبّتت بصواميل فوق صفائح تثبيت من الخارج. أطلقوا عليها اسم "مسامير الزلازل". تم تنفيذ هذا التدعيم في الغالب في منطقة تشارلستون، ولكن يمكن ملاحظة الممارسة نفسها حتى في سافانا، جورجيا . ^{[ 19 ]}

يمكن شدّ مسامير التثبيت المقاومة للزلازل أو فكّها لدعم المنزل دون الحاجة إلى هدمه بسبب عدم استقراره. وكانت هذه المسامير متصلة بشكل غير محكم بهيكل المنزل الداعم.

دعامات القص الداخلية

يظهر هنا تسليح القص الخارجي لمبنى سكني تقليدي من الخرسانة المسلحة. في هذه الحالة، كانت هناك قوة رأسية كافية في أعمدة المبنى وقوة قص كافية في الطوابق السفلية، مما جعل تسليح القص محدودًا فقط لجعله مقاومًا للزلازل في هذا الموقع القريب من صدع هايوارد .

هيكل خارجي ضخم

في ظروف أخرى، يلزم تدعيم أكبر بكثير. في الهيكل الموضح على اليمين - وهو مرآب للسيارات فوق محلات تجارية - يصبح وضع التدعيم وتفاصيله وطلائه بحد ذاته عنصرًا جماليًا معماريًا.

يُعرف هذا النمط من الانهيار بانهيار الطابق الأرضي الضعيف . في العديد من المباني، يُصمّم الطابق الأرضي لاستخدامات مختلفة عن الطوابق العلوية. قد تُبنى مبانٍ سكنية منخفضة الارتفاع فوق مرآب للسيارات بأبواب كبيرة على جانب واحد. قد تحتوي الفنادق على طابق أرضي مرتفع لاستيعاب مدخل فخم أو قاعات احتفالات. قد تحتوي مباني المكاتب على متاجر تجزئة في الطابق الأرضي بواجهات عرض متصلة .

يفترض التصميم الزلزالي التقليدي أن الطوابق السفلية للمبنى أقوى من الطوابق العلوية؛ فإذا لم يكن الأمر كذلك - أي إذا كان الطابق السفلي أضعف من الطابق العلوي - فلن يستجيب المبنى للزلازل بالشكل المتوقع . وباستخدام أساليب التصميم الحديثة، يُمكن مراعاة ضعف الطابق السفلي. وقد تسببت عدة انهيارات من هذا النوع في مجمع سكني كبير في معظم الوفيات في زلزال نورثريدج عام ١٩٩٤ .

عادةً، عند وجود هذا النوع من المشاكل، يتم تدعيم الطابق الضعيف لجعله أقوى من الطوابق العلوية بإضافة جدران قص أو إطارات مقاومة للعزوم . تُعدّ إطارات مقاومة العزوم المكونة من عوارض على شكل حرف U مقلوب مفيدة في الحفاظ على مدخل مرآب الطابق السفلي، بينما قد يكون الحل الأقل تكلفة هو استخدام جدران قص أو جمالونات في عدة مواقع، مما يقلل جزئيًا من فائدة المساحة كموقف سيارات ولكنه يسمح باستخدامها لأغراض تخزين أخرى.

تُعدّ وصلات الأعمدة والجسور نقطة ضعف هيكلية شائعة في عمليات الترميم الزلزالي. قبل تطبيق قوانين البناء الزلزالي الحديثة في أوائل سبعينيات القرن الماضي، كانت هذه الوصلات تُصمم أو تُصمم بشكل غير هندسي. وقد أكدت الاختبارات المعملية هشاشة هذه الوصلات، التي تفتقر إلى التفاصيل والتصميم الكافيين، أمام الزلازل. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} ويمكن أن يؤدي انهيار هذه الوصلات عادةً إلى انهيار كارثي للمبنى، كما لوحظ في كثير من الأحيان في الزلازل الأخيرة. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

بالنسبة لوصلات الأعمدة والجسور الخرسانية المسلحة، طُرحت واختُبرت حلول ترميمية متنوعة خلال العشرين عامًا الماضية. ومن حيث المبدأ، يمكن تطبيق استراتيجيات الترميم الزلزالي المختلفة المذكورة أعلاه على وصلات الخرسانة المسلحة. وقد شاع استخدام التغليف الخرساني أو الفولاذي كتقنية ترميمية حتى ظهور المواد المركبة مثل البوليمر المقوى بألياف الكربون (FRP). خضعت المواد المركبة، مثل البوليمر المقوى بألياف الكربون والبوليمر المقوى بألياف السيراميك، لاختبارات مكثفة لاستخدامها في الترميم الزلزالي، وحققت بعض النجاح. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} تتضمن إحدى التقنيات الحديثة استخدام إضعاف انتقائي للجسر وإضافة شد خارجي لاحق للوصلة ^{[ 29 ]} لتحقيق مفصل انحناء في الجسر، وهو أمر مرغوب فيه أكثر من حيث التصميم الزلزالي.

أظهرت حالات فشل اللحام واسعة النطاق في وصلات الأعمدة والجسور في المباني الفولاذية منخفضة إلى متوسطة الارتفاع، على سبيل المثال، خلال زلزال نورثريدج عام 1994، أوجه القصور الهيكلية في هذه الوصلات الملحومة المقاومة للعزوم "المصممة حديثاً" بعد سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 30 ]} مشروع بحثي لاحق لمركز أبحاث البناء (SAC)وثّقت هذه الدراسة واختبرت واقترحت العديد من حلول التحديث لهذه الوصلات الفولاذية الملحومة المقاومة للعزوم. وقد طُوّرت حلول تحديث متنوعة لهذه الوصلات الملحومة، مثل: أ) تقوية اللحام، ب) إضافة شفة فولاذية على شكل عظمة الكلب. ^{[ 31 ]}

في أعقاب زلزال نورثريدج، تبيّن أن العديد من المباني ذات الهياكل الفولاذية المقاومة للعزوم قد تعرضت لكسور هشة في وصلات العوارض بالأعمدة. وقد أثار اكتشاف هذه الكسور الهشة غير المتوقعة في وصلات الهياكل قلق المهندسين وقطاع البناء. فمنذ ستينيات القرن الماضي، بدأ المهندسون ينظرون إلى المباني الفولاذية الملحومة المقاومة للعزوم باعتبارها من بين أكثر الأنظمة مرونةً في كود البناء . واعتقد كثير من المهندسين أن هذه المباني محصنةٌ أساسًا ضد أضرار الزلازل، وأن أي ضرر قد يحدث سيقتصر على خضوع العناصر والوصلات لمرونة الانحناء. إلا أن ملاحظة الأضرار التي لحقت بالمباني في زلزال نورثريدج عام ١٩٩٤ أشارت إلى أنه على عكس السلوك المتوقع، بدأت الكسور الهشة في كثير من الحالات داخل الوصلات عند مستويات منخفضة جدًا من الإجهاد اللدن. وفي سبتمبر ١٩٩٤، عقدت كلٌ من شركة SAC المشتركة، والمعهد الأمريكي للإنشاءات الفولاذية (AISC)، والمعهد الأمريكي للحديد والصلب (AISI)، والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) ورشة عمل دولية في لوس أنجلوس لتنسيق جهود مختلف المشاركين ووضع الأساس لدراسة منهجية للمشكلة وحلها. في سبتمبر 1995، أبرمت شركة SAC Joint Venture اتفاقية تعاقدية مع الوكالة الفيدرالية لإدارة الطوارئ (FEMA) لتنفيذ المرحلة الثانية من مشروع SAC Steel. وخلال هذه المرحلة، واصلت SAC دراستها المعمقة التي تركز على حل المشكلات المتعلقة بأداء الإطارات والوصلات الفولاذية المقاومة للعزوم ذات التكوينات المختلفة، بهدف نهائي يتمثل في وضع معايير تصميم زلزالي للإنشاءات الفولاذية. ونتيجةً لهذه الدراسات، بات من المعروف الآن أن تفاصيل الوصلات المقاومة للعزوم المستخدمة في إنشاء الإطارات الفولاذية المقاومة للعزوم قبل زلزال نورثريدج عام 1994 كانت تتضمن عددًا من الخصائص التي جعلتها عرضةً للكسر الهش بطبيعتها. ^{[ 32 ]}

تُبنى أرضيات المباني الخشبية عادةً على عوارض خشبية عميقة نسبيًا، تُسمى الروافد ، وتُغطى بألواح خشبية مائلة أو خشب رقائقي لتشكيل أرضية فرعية تُفرش عليها الأرضية النهائية. في العديد من المباني، تكون جميع هذه الروافد مُوجهة في نفس الاتجاه. ولمنع الروافد من الانقلاب على جانبها، تُستخدم دعامات عند كل طرف، ولزيادة الصلابة، يمكن وضع دعامات أو دعامات خشبية أو معدنية مائلة بين الروافد عند نقطة أو أكثر من نقاط امتدادها. عند الحافة الخارجية، من الشائع استخدام طبقة واحدة من الدعامات ورافدة محيطية.

إذا لم يكن التثبيت أو التسمير كافيًا، فقد تُصبح كل عارضة مسطحة بفعل قوى القص المُطبقة على المبنى. في هذه الحالة، تفقد العوارض معظم قوتها الأصلية، وقد ينهار الهيكل أكثر. كجزء من عملية التحديث، يُمكن مضاعفة التثبيت، خاصةً عند الحواف الخارجية للمبنى. قد يكون من المناسب إضافة مسامير إضافية بين عتبة الجدار المحيطي المُقام على غشاء الأرضية، على الرغم من أن هذا سيتطلب كشف العتبة بإزالة الجص الداخلي أو الكسوة الخارجية. نظرًا لأن العتبة قد تكون قديمة وجافة، ويجب استخدام مسامير قوية، فقد يكون من الضروري حفر ثقب مُسبق للمسمار في الخشب القديم لتجنب التشقق. عند فتح الجدار لهذا الغرض، قد يكون من المناسب أيضًا ربط عناصر الجدار الرأسية بالأساس باستخدام موصلات ومسامير خاصة مُلصقة بمادة لاصقة إيبوكسية في ثقوب محفورة في الأساس.

تُعتبر المباني السكنية ذات الإطار الخشبي، المكونة من طابق واحد أو طابقين والمبنية على أساس محيطي أو بلاطة خرسانية، آمنة نسبيًا في حالة الزلازل، ولكن في العديد من المباني التي شُيدت قبل عام 1950، قد لا تكون العتبة الموجودة بين الأساس الخرساني وحجاب الأرضية (في حالة الأساس المحيطي) أو الجدار الحامل (في حالة الأساس البلاطي) مثبتة بإحكام كافٍ. إضافةً إلى ذلك، قد تكون الملحقات القديمة (التي لا تتمتع بحماية كافية ضد التآكل) قد تآكلت إلى درجة ضعف. ويمكن لهزة جانبية أن تُزيح المبنى بالكامل عن الأساسات أو البلاطة.

غالبًا ما تُقام هذه المباني، خاصةً إذا شُيّدت على منحدر متوسط، على منصة متصلة بأساس محيطي عبر جدران منخفضة تُعرف باسم "الجدار الداعم" أو "الجدار المرتكز ". قد ينهار هذا الجدار المنخفض نفسه بفعل القص أو في نقاط اتصاله ببعضه عند الزوايا، مما يؤدي إلى تحرك المبنى قطريًا وانهيار الجدران المنخفضة. يمكن تقليل احتمالية انهيار الجدار المرتكز من خلال ضمان تقوية الزوايا جيدًا لمقاومة القص، وربط ألواح القص ببعضها بإحكام عبر أعمدة الزوايا. يتطلب ذلك استخدام ألواح خشب رقائقي إنشائي، غالبًا ما يكون معالجًا لمقاومة التعفن. يُصنع هذا النوع من الخشب الرقائقي بدون عقد داخلية غير مملوءة، وبطبقات أكثر وأرق من الخشب الرقائقي العادي. عادةً ما تستخدم المباني الجديدة المصممة لمقاومة الزلازل ألواح OSB (ألواح الخشب المضغوط الموجه )، وأحيانًا مع وصلات معدنية بين الألواح، وغطاء جصي مُثبّت جيدًا لتحسين أدائها. في العديد من المنازل الحديثة، وخاصة تلك المبنية على تربة طينية متمددة، يُشيد المبنى على بلاطة خرسانية متجانسة واحدة وسميكة نسبيًا، تُثبت كوحدة واحدة بواسطة قضبان شد عالية تُشد بعد تصلب البلاطة. هذا الشد اللاحق يُخضع الخرسانة للضغط، وهي حالة تجعلها شديدة المقاومة للانحناء، وبالتالي لا تتشقق في ظروف التربة غير المواتية.

تُبنى بعض المباني القديمة منخفضة التكلفة على أعمدة خرسانية مخروطية الشكل مثبتة في حفر ضحلة، وهي طريقة شائعة لربط الشرفات الخارجية بالمباني القائمة. يُستخدم هذا الأسلوب في التربة الرطبة، وخاصة في المناطق الاستوائية، حيث يُوفر مساحة جافة جيدة التهوية أسفل المنزل، وفي المناطق الشمالية ذات التربة الصقيعية (الطين المتجمد) حيث يمنع حرارة المبنى من التأثير على استقرار الأرض تحته. أثناء الزلزال، قد تميل الأعمدة، مما يؤدي إلى انهيار المبنى. يمكن التغلب على هذه المشكلة باستخدام حفر عميقة لاحتواء أعمدة خرسانية مُدعمة مصبوبة في الموقع، والتي تُثبت بدورها في ألواح الأرضية عند زوايا المبنى. كما يُمكن إضافة دعامات قطرية كافية أو أجزاء من جدار قص خرساني بين الأعمدة.

تتكون أعمدة الخرسانة المسلحة عادةً من قضبان تسليح رأسية كبيرة القطر مرتبة على شكل حلقة، محاطة بأطواق تسليح ذات قطر أصغر. عند تحليل حالات الانهيار الناتجة عن الزلازل، تبيّن أن الضعف لم يكن في القضبان الرأسية، بل في عدم كفاية قوة وعدد الأطواق. بمجرد تضرر الأطواق، تنثني قضبان التسليح الرأسية للخارج، مما يُجهد العمود الخرساني المركزي. عندها تتفتت الخرسانة إلى قطع صغيرة، غير مقيدة بقضبان التسليح المحيطة. في الإنشاءات الحديثة، يُستخدم عدد أكبر من الهياكل الحلقية.

إحدى طرق التحديث البسيطة هي تغليف العمود بغلاف من صفائح فولاذية مُشكّلة وملحومة على هيئة أسطوانة واحدة. ثم تُملأ المساحة بين الغلاف والعمود بالخرسانة، وهي عملية تُعرف باسم الحقن. عندما تتطلب ظروف التربة أو المنشأة تعديلات إضافية، يمكن غرس ركائز إضافية بالقرب من قاعدة العمود، وتُصنع قواعد خرسانية تربط الركائز بالبرج عند مستوى سطح الأرض أو تحته. في المثال الموضح، لم تكن جميع الأعمدة بحاجة إلى تعديل لتحقيق مقاومة زلزالية كافية للظروف المتوقعة. (يقع هذا الموقع على بُعد ميل تقريبًا من منطقة صدع هايوارد ).

تُستخدم الجدران الخرسانية عادةً عند الانتقال بين ردم الطرق المرتفعة وهياكل الجسور. ويُستخدم الجدار لحجز التربة، مما يُتيح استخدام مسافة أقصر بين الجسور، كما يُستخدم لنقل وزن المسافة مباشرةً إلى قواعد في تربة غير مضطربة. وإذا لم تكن هذه الجدران كافية، فقد تنهار تحت ضغط حركة الأرض الناتجة عن الزلزال.

إحدى طرق التحديث هي حفر ثقوب متعددة في سطح الجدار، وتثبيت قطع قصيرة من حديد التسليح على شكل حرف L على سطح كل ثقب باستخدام مادة لاصقة إيبوكسية . بعد ذلك، يتم تثبيت حديد تسليح إضافي رأسي وأفقي على العناصر الجديدة، ثم يُقام قالب، ويُصب طبقة إضافية من الخرسانة. يمكن دمج هذا التعديل مع قواعد إضافية في الخنادق المحفورة ودعامات إضافية وروابط للحفاظ على امتداد الجدران المحيطة.

في المباني المبنية من الطوب، تُعزز هذه المباني بطبقات من الألياف الزجاجية وراتنج مناسب (إيبوكسي أو بوليستر). في الطوابق السفلية، تُغطى جميع الأسطح المكشوفة بهذه الطبقات، بينما في الطوابق العلوية، تُقتصر على المناطق الضيقة حول فتحات النوافذ والأبواب. توفر هذه الطبقة قوة شد تُقوي الجدار وتمنعه ​​من الانحناء بعيدًا عن الجانب المُغطى. تتطلب الحماية الفعالة للمبنى بأكمله تحليلاً هندسيًا دقيقًا لتحديد المواقع المناسبة للمعالجة.

في المباني الخرسانية المسلحة، تُعتبر الجدران المبنية من الطوب عناصر غير إنشائية، إلا أن تلفها قد يؤدي إلى تكاليف إصلاح باهظة وتغيير في سلوك المبنى، بل وقد يتسبب في انهيارات القص في مفاصل الأعمدة والجسور، كما ذُكر سابقًا. ويمكن أن يؤدي الانهيار الموضعي لألواح الحشو، نتيجةً لآليات داخل وخارج مستوى الجدار، أو نتيجةً لتضافرها، إلى انخفاض مفاجئ في قدرة التحمل، وبالتالي التسبب في انهيار هش شامل للمبنى. وحتى في الزلازل ذات الشدة المنخفضة، قد يؤدي تلف الإطارات المحشوة إلى خسائر اقتصادية فادحة وخسائر في الأرواح. ^{[ 33 ]}

للوقاية من تلف وانهيار حشوات البناء، تهدف استراتيجيات الترميم النموذجية إلى تقوية هذه الحشوات وتوفير اتصال مناسب بالهيكل. تشمل أمثلة تقنيات ترميم حشوات البناء: الجص المقوى بالفولاذ، ^{[ 34 ] [ 35 ]} والمركبات الأسمنتية المصممة هندسيًا ، ^{[ 36 ] [ 37 ]} والطبقات الرقيقة من البوليمرات المقواة بالألياف (FRP)، ^{[ 38 ] [ 39 ]} ومؤخرًا أيضًا الملاط المقوى بالنسيج (TRM). ^{[ 40 ] [ 41 ]}

عندما تتلامس التربة الطميية الرطبة أو غير المتماسكة مع التربة الصلبة الموجودة أسفلها في بنية تشبه الشاطئ، يمكن تضخيم الموجات الزلزالية التي تنتقل عبر الطمي، تمامًا كما يحدث مع أمواج الماء عند اصطدامها بشاطئ منحدر . في هذه الظروف الخاصة، تم قياس تسارعات رأسية تصل إلى ضعف قوة الجاذبية. إذا لم يكن المبنى مثبتًا على أساسات متينة، فمن الممكن أن يُقذف المبنى من (أو مع) أساساته في الهواء، وعادةً ما يُسبب ذلك أضرارًا جسيمة عند الارتطام. حتى لو كان المبنى مثبتًا جيدًا، فقد تنفصل الأجزاء العلوية، مثل الطوابق العليا أو هياكل الأسقف أو الهياكل الملحقة، مثل المظلات والشرفات، عن الهيكل الأساسي.

تتطلب الممارسات الجيدة في المباني الحديثة المقاومة للزلازل وجود وصلات رأسية متينة في جميع مكونات المبنى، بدءًا من التربة غير المضطربة أو المُهندسة، مرورًا بالأساسات، ثم عتبة السقف، فالأعمدة الرأسية، وصولًا إلى غطاء العتبة عبر كل طابق، وانتهاءً بهيكل السقف. فوق الأساسات وعتبة السقف، تُصنع الوصلات عادةً باستخدام شرائط أو صفائح فولاذية مُشكّلة، تُثبّت على العناصر الخشبية بمسامير خاصة مُقسّاة ذات مقاومة عالية للقص، وتُثبّت زوايا خرسانية ثقيلة بمسامير نافذة، مع استخدام حلقات كبيرة لمنع انزلاقها. في حال عدم كفاية المسامير بين عتبات السقف والأساسات في المباني القائمة (أو عدم موثوقيتها بسبب احتمالية التآكل)، يُمكن إضافة صفائح تثبيت خاصة، تُثبّت كل منها على الأساسات باستخدام مسامير تمدد تُدخل في ثقوب محفورة في سطح خرساني مكشوف. بعد ذلك، يجب تثبيت العناصر الأخرى على عتبات السقف باستخدام تجهيزات إضافية.

من أصعب عمليات التحديث تلك المطلوبة لمنع الأضرار الناجمة عن انهيار التربة. قد يحدث انهيار التربة على منحدر، أو انهيار منحدر ، أو انزلاق أرضي ، أو في منطقة مسطحة نتيجة لتسييل الرمال و/أو الطين المشبع بالماء. عمومًا، يجب غرس ركائز عميقة في تربة مستقرة (عادةً طين صلب أو رمل) أو في الصخور الأساسية، أو تثبيت المنحدر. بالنسبة للمباني المشيدة فوق انهيارات أرضية سابقة، قد تكون جدوى التحديث محدودة بعوامل اقتصادية، إذ ليس من العملي تثبيت انهيار أرضي كبير وعميق. كما قد يعتمد احتمال حدوث انزلاق أرضي أو انهيار التربة على عوامل موسمية، حيث قد تكون التربة أكثر استقرارًا في بداية موسم الأمطار مقارنةً ببداية موسم الجفاف. ويُلاحظ هذا المناخ المتوسطي ذو "الموسمين" في جميع أنحاء كاليفورنيا .

في بعض الحالات، يكون أفضل ما يمكن فعله هو تقليل تدفق مياه الأمطار من المرتفعات العالية والمستقرة عن طريق تجميعها وتوجيهها عبر قنوات أو أنابيب، وتصريف المياه المتسربة مباشرة ومن الينابيع الجوفية عن طريق إدخال أنابيب مثقبة أفقية. توجد مواقع عديدة في كاليفورنيا حيث بُنيت مشاريع عمرانية واسعة النطاق فوق انهيارات أرضية قديمة، لم تتحرك عبر التاريخ، ولكنها (إذا كانت مشبعة بالمياه وتعرضت لزلزال) معرضة بشدة للتحرك الجماعي ، ناقلةً معها أجزاءً كاملة من الضواحي إلى مواقع جديدة. في حين أن أحدث هياكل المنازل (المثبتة جيدًا على ألواح أساس خرسانية متجانسة مدعمة بكابلات شد مسبق) قد تنجو من هذه الحركة سليمة إلى حد كبير، إلا أن المبنى لن يكون في موقعه الأصلي.

غالباً ما تُشكّل أنابيب إمداد الغاز الطبيعي والبروبان للمباني خطراً بالغاً أثناء الزلازل وبعدها. ففي حال تحرك المبنى من أساساته أو انهياره نتيجة انهيار الجدران، قد تنكسر أنابيب الحديد المطاوع التي تنقل الغاز داخله، وعادةً ما يكون ذلك عند نقاط التوصيل الملولبة. ومع ذلك، قد يستمر تدفق الغاز إلى منظم الضغط من خطوط الضغط العالي بكميات كبيرة، مما قد يؤدي إلى اشتعاله بفعل مصدر قريب، كشعلة تجريبية مضاءة أو شرارة كهربائية.

هناك طريقتان أساسيتان لتقييد تدفق الغاز تلقائيًا بعد الزلزال، يتم تركيبهما على جانب الضغط المنخفض للمنظم، وعادة ما يكونان في اتجاه مجرى عداد الغاز.

• يمكن وضع كرة معدنية داخل قفص على حافة فتحة. عند حدوث صدمة زلزالية، تتدحرج الكرة إلى داخل الفتحة، فتغلقها لمنع تدفق الغاز. ويمكن إعادة ضبط الكرة لاحقًا باستخدام مغناطيس خارجي . يستجيب هذا الجهاز فقط لحركة الأرض.
• يمكن استخدام جهاز حساس لتدفق الغاز لإغلاق الصمام إذا تجاوز تدفق الغاز عتبة محددة (يشبه إلى حد كبير قاطع الدائرة الكهربائية ). يعمل هذا الجهاز بشكل مستقل عن الحركة الزلزالية، ولكنه لا يستجيب للتسريبات الطفيفة التي قد تنجم عن الزلزال.

يبدو أن التكوين الأكثر أمانًا هو استخدام جهاز واحد من كل من هذه الأجهزة على التوالي.

ما لم يخترق النفق صدعًا معرضًا للانزلاق، فإن الخطر الأكبر الذي يهدد الأنفاق هو انهيار أرضي يسد المدخل. يمكن تطبيق حماية إضافية حول المدخل لتحويل مسار أي مواد متساقطة (كما هو الحال عند تحويل مسار الانهيارات الثلجية )، أو يمكن تثبيت المنحدر فوق النفق بطريقة ما. في حال توقع سقوط صخور وجلاميد صغيرة إلى متوسطة الحجم فقط، يمكن تغطية المنحدر بالكامل بشبكة سلكية، وتثبيتها بقضبان معدنية. يُعد هذا أيضًا تعديلًا شائعًا على جسور الطرق السريعة عند توفر الظروف المناسبة.

تعتمد سلامة الأنابيب تحت الماء بشكل كبير على ظروف التربة التي تم بناء النفق من خلالها، والمواد والتعزيزات المستخدمة، وأقصى زلزال متوقع، وعوامل أخرى، بعضها قد يظل مجهولاً في ظل المعرفة الحالية.

تُثبّت العديد من الجسور القصيرة بشكل ثابت من أحد طرفيها، وتُربط بأذرع متأرجحة من الطرف الآخر. توفر هذه الأذرع دعماً رأسياً وعرضياً، بينما تسمح للجسر بالتمدد والانكماش تبعاً لتغيرات درجة الحرارة. ويتم استيعاب التغير في طول الجسر عبر فجوة في الطريق بواسطة فواصل تمدد مشطية الشكل . أثناء الهزات الأرضية الشديدة، قد تنزلق الأذرع المتأرجحة عن مساراتها أو تتجاوز حدود تصميمها، مما يؤدي إلى انفصال الجسر عن نقطة استقراره، ثم إما انحرافه أو انهياره بالكامل. يمكن تقييد الحركة بإضافة دعامات فولاذية مطيلة أو عالية المقاومة، تُثبّت بالاحتكاك على العوارض، ومصممة للانزلاق تحت ضغط شديد مع الحد من الحركة بالنسبة لنقطة التثبيت.

قد تستجيب الجسور المعلقة للزلازل بحركة جانبية تتجاوز تلك المصممة لمقاومة هبات الرياح. يمكن أن تتسبب هذه الحركة في تفتت سطح الطريق، وتلف المحامل، وتشوه لدن أو كسر المكونات. لذا، يمكن إضافة أجهزة مثل المخمدات الهيدروليكية أو وصلات الانزلاق المثبتة، بالإضافة إلى تعزيزات قطرية إضافية.

تتكون العوارض الشبكية من عارضتين على شكل حرف "I" متصلتين بشبكة متقاطعة من شرائط مسطحة أو زوايا معدنية. ويمكن تعزيز هذه العوارض بشكل كبير باستبدال الشبكة المفتوحة بألواح معدنية. ويتم ذلك عادةً بالتزامن مع استبدال المسامير الملحومة بالحرارة بمسامير عادية.

صُنعت العديد من الهياكل القديمة بإدخال مسامير ساخنة في ثقوب محفورة مسبقًا؛ ثم تُطرق هذه المسامير اللينة باستخدام مطرقة هوائية من جهة وقضيب تثبيت من جهة الرأس. ومع تبريدها ببطء، تبقى في حالة مُلدّنة (لينة)، بينما تبقى الصفيحة، التي خضعت لعملية الدرفلة الساخنة والتبريد السريع أثناء التصنيع، صلبة نسبيًا. وتحت ضغط شديد، يمكن للصفائح الصلبة أن تقص المسامير اللينة، مما يؤدي إلى فشل الوصلة.

الحل هو حرق كل مسمار برشام باستخدام موقد أكسجين . ثم يتم تجهيز الثقب بقطر دقيق باستخدام موسع . يتم إدخال مسمار تثبيت خاص ، يتكون من رأس وساق تتناسب مع قطر الثقب الموسع وطرف ملولب، وتثبيته بصامولة، ثم شده بمفتاح ربط . ولأن المسمار مصنوع من سبيكة عالية القوة مناسبة وخضع للمعالجة الحرارية، فإنه لا يتعرض للكسر اللدن الناتج عن القص، والذي يُعدّ سمة مميزة للمسامير البرشام الساخنة، ولا للكسر الهش الناتج عن البراغي العادية. أي فشل جزئي سيحدث نتيجة للتشوه اللدن للمعدن المثبت بالمسمار؛ ومع التصميم الهندسي السليم، لن يكون لهذا الفشل أي عواقب وخيمة.

تُبنى الطرق المرتفعة عادةً على أجزاء من ردم ترابي مرتفع، متصلة بأجزاء تشبه الجسور، وغالبًا ما تُدعّم بأعمدة رأسية. إذا انهارت التربة عند نهاية الجسر، فقد ينفصل الجسر عن بقية الطريق وينهار. ولإصلاح ذلك، يُضاف تدعيم إضافي لأي جدار داعم، أو تُضاف ركائز عميقة بجوار الحافة عند كل طرف، وتُربط بعارضة داعمة أسفل الجسر.

يحدث انهيار آخر عندما تتحرك التربة عند كل طرف (بفعل الرنين) بشكل جماعي في اتجاهين متعاكسين. إذا لم يكن هناك رف تأسيسي كافٍ للجسر العلوي، فقد ينهار. يمكن إضافة رفوف ودعامات مرنة إضافية لتثبيت الجسر العلوي بالأساسات من أحد الطرفين أو كليهما. يمكن تثبيت الدعامات بالجسور بدلاً من تثبيتها بها مباشرة. تحت تأثير أحمال متوسطة، تحافظ هذه الدعامات على مركزية الجسر العلوي في الفجوة، مما يقلل من احتمالية انزلاقه عن رف التأسيس من أحد طرفيه. إن قدرة الأطراف المثبتة على الانزلاق، بدلاً من الانكسار، تمنع الانهيار الكامل للمنشأ في حال فشله في البقاء على الأساسات.

قد تتكون أجزاء كبيرة من الطريق بالكامل من جسور معلقة، وهي أجزاء لا تتصل بالأرض إلا من خلال أعمدة رأسية. عند استخدام الأعمدة الخرسانية، تُعدّ التفاصيل الدقيقة بالغة الأهمية. يتمثل الانهيار النموذجي في سقوط صف من الأعمدة إما بسبب فشل اتصال التربة أو بسبب عدم كفاية التغليف الأسطواني بقضبان التسليح. وقد لوحظ كلا النوعين من الانهيار في زلزال هانشين الكبير عام 1995 في كوبي، اليابان ، حيث انهار جسر معلق بالكامل، مدعوم مركزيًا بصف واحد من الأعمدة الكبيرة، على جانب واحد. تُعزز هذه الأعمدة عن طريق الحفر حتى قاعدة الأساس، ودق ركائز إضافية، وإضافة قاعدة جديدة أكبر، متصلة جيدًا بقضبان التسليح بجانب العمود أو داخله. أما العمود الذي لا يحتوي على كمية كافية من قضبان التسليح، والذي يكون عرضة للانفجار ثم الانحناء عند نقطة الانفجار، فيمكن تغليفه بالكامل بغلاف دائري أو بيضاوي من صفائح فولاذية ملحومة وحقنه بالأسمنت كما هو موضح أعلاه.

قد تتعرض الجسور أحيانًا للانهيار عند نقاط اتصال مكوناتها. وقد تجلى ذلك في انهيار جسر سايبرس السريع في أوكلاند، كاليفورنيا ، خلال زلزال لوما بريتا . كان هذا الجسر مكونًا من مستويين، ولم تكن الأجزاء العلوية من الأعمدة متصلة جيدًا بالأجزاء السفلية التي تدعم المستوى السفلي، مما أدى إلى انهيار الطابق العلوي على الطابق السفلي. تتطلب نقاط الاتصال الضعيفة كهذه تغليفًا خارجيًا إضافيًا، إما باستخدام مكونات فولاذية خارجية أو بغلاف كامل من الخرسانة المسلحة، وغالبًا ما يتم ذلك باستخدام وصلات قصيرة تُثبّت بالغراء (باستخدام مادة لاصقة إيبوكسية ) في ثقوب محفورة متعددة. تُوصل هذه الوصلات القصيرة بعد ذلك بأغلفة إضافية، وتُقام قوالب خارجية (قد تكون مؤقتة أو دائمة)، ويُصب المزيد من الخرسانة في الفراغ. كما يجب تحليل الهياكل الكبيرة المتصلة، المشابهة لجسر سايبرس، تحليلًا دقيقًا وشاملًا باستخدام محاكاة حاسوبية ديناميكية.

معظم المنازل في أمريكا الشمالية مبنية بهياكل خشبية. يُعدّ الخشب من أفضل مواد البناء المقاومة للزلازل، فهو خفيف الوزن وأكثر مرونة من البناء الحجري. كما أنه سهل التشكيل وأقل تكلفة من الفولاذ أو البناء الحجري أو الخرسانة. في المنازل القديمة، تكمن أبرز نقاط الضعف في وصلات الجدران الخشبية بالأساسات، وفي الجدران القصيرة الضعيفة نسبيًا (وهي جدران خشبية قصيرة تمتد من أعلى الأساسات إلى أدنى مستوى في المنازل ذات الأرضيات المرتفعة). يُعدّ ربط قاعدة الهيكل الخشبي بالأساسات جزءًا أساسيًا من أي عملية ترميم لمقاومة الزلازل. كما أن تدعيم هذه الجدران لمقاومة القوى الجانبية ضروري في المنازل التي تحتوي عليها، ويتم ذلك عادةً باستخدام الخشب الرقائقي . أما ألواح الخشب المضغوط الموجه (OSB) فلا تُؤدي وظيفتها بكفاءة الخشب الرقائقي، ولذلك فهي ليست الخيار المُفضّل لدى مصممي أو مُنفذي عمليات الترميم.

قد تتضمن أساليب التحديث في الهياكل الخشبية القديمة ما يلي، بالإضافة إلى أساليب أخرى لم يتم وصفها هنا.

• يتم تثبيت ألواح الجدران السفلية (والتي تسمى عادة "عتبات الأساس" أو "عتبات الأساس" في أمريكا الشمالية) بمسامير في أساس مستمر، أو يتم تأمينها بوصلات معدنية صلبة مثبتة بمسامير في الأساس لمقاومة القوى الجانبية.
• الجدران القصيرة مدعومة بالخشب الرقائقي.
• تُربط عناصر رأسية مختارة (عادةً ما تكون الأعمدة الموجودة في نهايات ألواح تقوية الجدران الخشبية) بالأساس. وتهدف هذه الوصلات إلى منع الجدران المدعمة من التأرجح لأعلى ولأسفل عند تعرضها لقوى التذبذب في الجزء العلوي منها، وليس لمقاومة انفصال الجدار أو المنزل عن الأساس (وهو أمر نادر الحدوث).
• في المباني المكونة من طابقين والتي تستخدم "هيكل المنصة" (يُطلق عليه أحيانًا أسلوب البناء "الغربي"، حيث تُبنى الجدران تدريجيًا على الغشاء العلوي للطابق السفلي، على عكس أسلوب البناء "الشرقي" أو "هيكل البالون ")، تُربط الجدران العلوية بالجدران السفلية بواسطة عناصر شد. في بعض الحالات، قد تمتد هذه الوصلات رأسيًا لتشمل تثبيت بعض عناصر السقف. عادةً ما يكون هذا النوع من التقوية مكلفًا للغاية مقارنةً بالقوة المكتسبة.
• تُثبّت الأعمدة الرأسية بالجسور أو العناصر الأخرى التي تدعمها. وهذا أمر بالغ الأهمية، خاصةً عندما يؤدي فقدان الدعم إلى انهيار جزء من المبنى. لا تستطيع الوصلات بين الأعمدة والجسور مقاومة قوى جانبية كبيرة؛ لذا، من الأهمية بمكان تقوية محيط المبنى (بتدعيم الجدران القصيرة وتدعيم وصلات الأساس بالهيكل الخشبي) بدلاً من تقوية وصلات الأعمدة بالجسور.

يُعدّ الهيكل الخشبي فعالاً عند دمجه مع البناء الحجري، شريطة أن يكون التصميم المعماري سليماً. في تركيا، تُبنى المنازل التقليدية (البغدادية) باستخدام هذه التقنية. أما في السلفادور ، فيُستخدم الخشب والخيزران في بناء المساكن.

في أجزاء كثيرة من الدول النامية، كباكستان وإيران والصين، يُعدّ البناء بالطوب، سواءً كان مُسلّحًا أو غير مُسلّح في بعض الحالات، الشكل السائد للمباني السكنية الريفية. وكان البناء بالطوب شائعًا أيضًا في أوائل القرن العشرين، مما يعني أن عددًا كبيرًا من هذه المباني المُعرّضة للخطر يحمل قيمة تراثية كبيرة. وتُشكّل الجدران غير المُسلّحة خطرًا بالغًا. وقد يكون استبدال هذه المباني أنسب من ترميمها، ولكن إذا كانت الجدران هي العناصر الحاملة الرئيسية في المباني متوسطة الحجم، فيمكن تسليحها بشكل مناسب. ومن الأهمية بمكان تثبيت عوارض الأرضيات والأسقف بالجدران بإحكام. ويمكن إضافة دعامات رأسية إضافية من الفولاذ أو الخرسانة المُسلّحة.

في غرب الولايات المتحدة، يُعدّ الكثير مما يُنظر إليه على أنه بناء حجري في الواقع مجرد قشرة من الطوب أو الحجر. وتحدد قوانين البناء الحالية مقدار التثبيت المطلوب، والذي يتكون من أشرطة معدنية مثبتة على العناصر الإنشائية الرأسية. تمتد هذه الأشرطة داخل طبقات المونة، لتثبيت القشرة بالهيكل الأساسي. قد لا توفر المباني القديمة هذا التثبيت بشكل كافٍ لضمان السلامة من الزلازل. ويمكن أن تشكل القشرة غير المثبتة جيدًا داخل المنزل (والتي تُستخدم أحيانًا لتغطية المدفأة من الأرضية إلى السقف) خطرًا كبيرًا على السكان. كما تُعدّ مداخن البناء الحجرية القديمة خطيرة أيضًا إذا كانت ذات امتداد رأسي كبير فوق السطح. فهي عرضة للكسر عند خط السقف، وقد تسقط داخل المنزل كقطعة واحدة كبيرة. ولإعادة تأهيلها، يمكن إضافة دعامات إضافية؛ إلا أن تقوية مدخنة بناء حجرية قائمة لتتوافق مع معايير التصميم المعاصرة مكلف للغاية. لذا، يُفضّل إزالة الامتداد واستبداله بمواد أخف وزنًا، مع استبدال بلاط المدخنة بقناة معدنية خاصة، واستبدال البناء الحجري بهيكل خشبي. يمكن مطابقة ذلك مع أعمال الطوب الموجودة باستخدام قشرة رقيقة جدًا (تشبه البلاط، ولكن بمظهر الطوب).